海洋遥感

海洋遥感学号：1434923姓名：姚亚会2020/3/11海洋遥感（oceanremotesensing）利用传感器对海洋进行远距离非接触观测，以获取海洋景观和海洋要素的图像或数据资料。2020/3/11海洋不仅不断向环境辐射电磁波能量，而且还会反射或散射太阳和人造辐射源（如雷达）射来的电磁波能量，故可设计一些专门的传感器，把它装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等工作平台上，接收并记录这些电磁辐射能，再经过传输、加工和处理，得到海洋图像或数据资料。遥感方式有主动式和被动式两种：①主动式遥感：传感器先向海面发射电磁波，再由接收到的回波提取海洋信息或成像。这种传感器包括侧视雷达、微波散射计、雷达高度计、激光雷达和激光荧光计等。②被动式遥感：传感器只接收海面热辐射能或散射太阳光和天空光的能量，从中提取海洋信息或成像。这种传感器包括各种照相机、可见光和红外扫描仪、微波辐射计等。海洋遥感技术，主要包括以光、电等信息载体和以声波为信息载体的两大遥感技术。海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。利用声学遥感技术，可以探测海底地形、进行海洋动力现象的观测、进行海底地层剖面探测，以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。01简介2020/3/112020/3/11海洋遥感始于第二次世界大战期间。发展最早的是在河口海岸制图和近海水深测量中利用航空遥感技术。1950年美国使用飞机与多艘海洋调查船协同进行了一次系统的大规模湾流考察，这是第一次在物理海洋学研究中利用航空遥感技术。此后，航空遥感技术更多地应用于海洋环境监测、近海海洋调查、海岸带制图与资源勘测方面。从航天高度上探测海洋始于1960年，这一年美国成功地发射了世界第一颗气象卫星泰罗斯-1”号。卫星在获取气象资料的同时，还获得了无云海区的海面温度场资料，从而开始把卫星资料应用于海洋学研究。”“02发展情况2020/3/11美国1978年又发射了“海洋卫星-1”号。苏联也于1979年和1980年先后发射了两颗海洋卫星“宇宙-1076”号和“宇宙-1151”号。中国从1977年开始海洋遥感技术的研究，并先后在海岸带与滩涂资源调查、海洋环境监测、海冰观测、海洋气象预报、海洋渔场分析、大尺度海洋现象研究和基础理论工作中进行了遥感技术的试验，其中台风跟踪、海冰遥感和海洋环境污染航空遥感监测已进入实用阶段。1985年以来，海洋卫星遥感全面进入应用阶段。”“2020/3/112020/3/112020/3/11建立起一整套海洋卫星应用体系，包括：以可见光、红外探测水色水温为主的海洋水色卫星系列(HY-1)以微波探测海面风场、海面高度和海温为主的海洋动力环境卫星系列(HY-2)以多光谱成像仪、合成孔径雷达、微波散射计、辐射计、雷达高度计等多种遥感器为主载荷额的海洋环境综合卫星系列(HY-3)今年，形成以我国海洋系列卫星为主导的立体海洋监测网，是我国的海洋卫星及其应用水平达到国际先进水平，并进入世界海洋遥感先进行列。”“03发展目标2020/3/11我国的海洋遥感2002年才发射了第一颗海洋卫星HY-1A。2007年4月11日发射了HY-1B。”“2020/3/11优点目前遥感技术已应用于海洋学各分支学科的各个方面。海洋遥感技术的应用，使得内波、中尺度涡、大洋潮汐、极地海冰观测、海-气相互作用等的研究取得了新的进展。如气象卫星红外影像，直接记录了海面温度的分布，海流和中尺度涡旋的边界都在影像上清晰可见。利用这些图像可以直接测量出这些海洋现象的位置和水平尺度，进行时间系列分析和动力学研究。不足某些传感器的测量精度和空间分辨力还不能满足需求。有的遥感资料不够直观，分析解译难度大。电磁波穿透海水的能力很弱，很难直接获得海洋次表层以下的信息。”“04海洋遥感的现状2020/3/11目前，运用卫星、航天飞机和普通飞机等遥感技术，实现了：※海表面温度（seasurfacetemperature）※海表面盐度（seasurfacesalinity）※海平面异常（sealevelanomaly）※海流（oceancurrent）※海表面风（seasurfacewind）※海浪（seawaves）※海洋内波（oceaninternalwaves）※悬浮物浓度（suspendedmatterconcentration）※叶绿素浓度（chlorophyllconcentration）※水色（oceancolor）※大气剖面温度和湿度（asmosphereprofiletemperatureandhumidity）”“2020/3/11※垂程水汽含量（verticalwatervaporcolumnthickness）※可降雨量（totalcolumnprecipitablewatervapor）※气溶胶光学厚度（aerosolopticalthickness）”“2020/3/112001年全球海表面温度（SST:SeaSurfaceTemperature）年平均等温线NOAA（美国的国家海洋和大气局）国家海洋资料中心提供的卫星数据制作的2001年全球海洋的年平均海表面温度（SST:SeaSurfaceTemperature）的等温线图像；图中色标（colourbar）的单位是℃（摄氏度）。该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区的范围和温度大小。西太平洋赤道暖水区向大气输运的热通量对于全球海洋大气热循环有举足轻重的影响，它的范围和温度变化与厄尔尼诺事件有密切关联，是科学家检测的重要目标。”“2020/3/11厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象，就是沃克环流圈东移造成的。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每2—7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的海面水温异常升高，海水水位上涨，并形成一股暖流向南流动。它使原属冷水域的太平洋东部水域变成暖水域，结果引起海啸和暴风骤雨，造成一些地区干旱，另一些地区又降雨过多的异常气候现象。”“2020/3/11厄尔尼诺现象2020/3/11美国宇航局喷气推进实验室提供的TOPEX/POSEIDON卫星高度计观测资料制作的1998年1月的月平均全球海表面异常图像；图中色标（colorbar）的单位是cm。该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区海平面的降低和赤道东太平洋海平面的增高。这是西太平洋赤道暖水区的海水沿赤道向东倒流的结果，属于在厄尔尼诺事件中发生的典型现象。1998年1月的月平均海表面异常（SLA:SeaSurfaceAnomaly）图像2020/3/11上图为ERS-1/2卫星的高度计资料获得的多年事件序列，通过对该图的分析发现：①赤道太平洋敏感区的海表面高度（SSH）异常与海表面温度（SST）异常以及南方涛动指数（SOI：SouthernOscillationIndex）有着很好的相关关系。②具体来讲，赤道太平洋的SSH异常与SST异常都与SOI有负相关,即与-SOI有正相关。2020/3/112020/3/11南方涛动指数根据沃克的南方涛动理论，科学家选取塔希提站代表东南太平洋，选取达尔文站代表印度洋与西太平洋，应用数理统计的方法将两个测站的海平面气压差值进行处理后得到了一个用于衡量南方涛动强弱的指数，称为南方涛动指数。（SouthernOscillationIndex），用SOI来表示。这个指数有效地反映了太平洋东西两侧气压增强和减弱的演变情况。当这个指数为正值时，表明塔希提比达尔文气压偏高的程度超过了正常情况，也就是东西太平洋气压差增大；当这个指数为负值时，则表明东西太平洋气压差减小。当负值极其低时，两地的气压则可能已发生了逆转，也就是达尔文站实际气压超过了塔希提站。2020/3/11卫星遥感不但为全球海洋和气候的物理研究提供了可靠的数据，还为全球海洋初级生产力的估计提供了充足的资料。全球海洋初级生产力与全球碳循环有密切联系。全球碳循环与二氧化碳引起的全球变暖有直接联系。全球变暖可能导致全球海平面上升。NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)使用MODIS在2000年11月对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测。图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿素浓度，故称为海中沙漠。2020/3/11渤海南海东海2020/3/11变化最明显的部分都是东太平洋2020/3/11由于日、月引潮力的作用，使地球的岩石圈、水圈和大气圈中分别产生的周期性的运动和变化，总称潮汐。作为完整的潮汐科学，其研究对象应将地潮、海潮和气潮作为一个统一的整体，但由于海潮现象十分明显，且与人们的生活、经济活动、交通运输等关系密切，因而习惯上将潮汐一词狭义理解为海洋潮汐。固体地球在日、月引潮力作用下引起的弹性-塑性形变，称固体潮汐，简称固体潮或地潮。海水在日、月引潮力作用下引起的海面周期性的升降、涨落与进退，称海洋潮汐，简称海潮。大气各要素（如气压场、大气风场、地球磁场等）受引潮力的作用而产生的周期性变化（如8、12、24小时）称大气潮汐，简称气潮。”“潮汐2020/3/112020/3/11当太阴潮和太阳潮同时发生，两者叠加就形成了大潮；而当太阴潮的涨潮和太阳潮的落潮同时发生，两者互相抵消就形成小潮。由太阳引力导致的潮汐被称为太阳潮，而月球引起的潮汐被称为太阴潮。因此，地球上的潮汐有太阴潮和太阳潮之分。比起月球来，太阳对地球的引力要强得多，但是潮汐的大小并不完全取决于引力强弱的绝对数值，而是主要取决于海洋和地壳所受的引力之差。太阳虽然具有强大的引力，但它离地球的距离比月球远得多，施于地球的起潮力只有月球的1/2.17，因此，对于地球上的潮汐来说，太阴潮比太阳潮要强烈得多。每逢朔月和望月时，太阴潮和太阳潮会同时发生，两者叠加，就形成了大潮。而逢上弦和上弦时，太阴潮的涨潮和太阳潮的落潮同时发生，两者互相抵消，就只能形成小潮。”“2020/3/112020/3/11开发利用发电：1912年，世界上最早的潮汐发电站在德国的布斯姆建成；1966年，世界上最大容量的潮汐发电站在法国的朗斯建成；我国从1958年以来陆续在广东省的顺德和东湾、山东省的乳山、上海的崇明等地，建立了潮汐发电站。加拿大安纳波利斯潮汐电站、法国朗斯潮汐电站、前苏联基斯拉雅潮汐电站是世界三大著名潮汐电站。”“2020/3/11